[0001] Die vorliegende Erfindung stellt mit Stabilisatoren beschichtete biokompatible Nano-und
Mikropartikel bereit, die für die pulmonale Applikation von Wirkstoffen geeignet sind.
Die Beschichtung der biokompatiblen Nano- und Mikropartikel mit einem Stabilisator
bewirkt eine verbesserte Stabilität und Integrität der Partikel bei Vernebelung.
Beschreibung des allgemeinen Gebietes der Erfindung
[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft die Gebiete Innere Medizin, Pharmakologie, Nanotechnologie
und Medizintechnik.
Stand der Technik
[0003] Als eine selektive Route der Verabreichung pulmonaler Wirkstoffe ist dem Fachmann
die Inhalation bekannt, wodurch ungewünschte systemische Nebenwirkungen umgangen werden
können. Die direkte Applikation des Wirkstoffs in die Lunge erleichtert die gezielte
Behandlung respiratorischer Erkrankungen, wie es zum Beispiel für das Prostazyklin-Analogon
Iloprost (Ventavis
®) bei der Behandlung der pulmonalen Hypertonie gezeigt worden ist. Die relativ kurze
Dauer des pharmakologischen Effekts nach pulmonaler Wirkstoffdeposition ist jedoch
ein großer Nachteil der Inhalationstherapie, die eine häufige Wirkstoffverabreichung
durch Inhalation erfordert.
[0004] Kolloidale Trägermaterialien wie z.B. biokompatible Nano- und Mikropartikel sind
als geeignete pulmonale Wirkstoff-Trägersysteme bekannt. Mit dem direkten Transport
von Therapeutika, die in biokompatiblen Nano- und Mikropartikeln enthalten sind, in
die Lunge kann eine langanhaltende und kontrollierte Wirkstoff-Freigabe am gewünschten
Wirkort erreicht werden, die eine Verlängerung der pharmakologischen Effekte bewirkt.
[0005] Die Wahl der Herstellungsmethode der biokompatiblen Nano- und Mikropartikel hängt
wesentlich von den physikochemischen Parametern des Polymers oder Lipids ab, das benutzt
wird, sowie vom Wirkstoff, der in den biokompatiblen Nano- und Mikropartikeln verpackt
wird. Die Auswahl des Polymers oder Lipids wird von Kriterien wie Biokompatibilität
und Biodegradierbarkeit bestimmt. Zudem müssen die biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
weitere Standards erfüllen, wie beispielsweise eine ausreichende Assoziation des therapeutischen
Agens mit dem Trägermaterial sowie Stabilität gegenüber den Kräften, die bei der Vernebelung
auftreten. Diese stringenten Anforderungen werden von nanopartikulären Wirkstofftransportsystemen,
die aus biokompatiblen Polymeren oder Lipiden bestehen, weitestgehend erfüllt. Bei
herkömmlichen Formulierungen kann es während des Vernebelungsprozesses aus Suspension
jedoch zu einer irreversiblen Aggregation der biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
kommen, welche zu einem Verlust der Funktionalität dieser Wirkstoff-Formulierung führt.
[0006] Es ist dem Fachmann zwar bekannt, dass Stabilisatoren die physikochemischen und biologischen
Eigenschaften der verwendeten Formulierungen von biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
modulieren können, es wurden bislang jedoch keine Formulierungen mit Stabilisatoren
beschrieben, welche die Stabilität und Integrität von biokompatiblen Nano- und Mikropartikeln
bei Vernebelung ihrer Suspensionen verbessern und damit die Dauer der kontrollierten
Wirkstoff-Freisetzung verlängern können.
[0007] Zusammenfassend weist der Stand der Technik Nachteile bezüglich der Stabilität und
Integrität vernebelter, inhalierbarer Formulierungen von biokompatiblen Nano-und Mikropartikeln
auf.
Aufgabe
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, Stabilisatoren für biokompatible Nano- und Mikropartikel
bereitzustellen, sodass bei Vernebelung ihrer Suspension eine verbesserte Stabilität
und Integrität der Partikel erreicht wird und diese für die pulmonale Applikation
von Wirkstoffen am Menschen besser geeignet sind.
Lösung der Aufgabe
[0009] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche gelöst, insbesondere durch die
Bereitstellung von Stabilisatoren ausgewählt aus der Gruppe der nichtionischen Tenside,
anionischen Tenside, kationischen Tenside, amphoteren Tenside, Phospholipide oder
der Polymere.
[0010] Die Stabilisatoren haben den Vorteil, dass sie an einer Vielzahl von Nano- und Mikropartikeln
verwendet werden können. Sie sind biokompatibel und verlangsamen die Wirkstofffreisetzung
aus den Partikeln, sodass ein enthaltener Wirkstoff über einen längeren Zeitraum am
Wirkort freigesetzt wird verglichen mit Partikeln ohne Stabilisator.
[0011] Erfindungsgemäß ist der Stabilisator ausgewählt aus der Gruppe der nichtionischen
Tenside, anionischen Tenside, kationischen Tenside, amphoteren Tenside, Phospholipide
oder der Polymere. Nichtionische Tenside sind beispielsweise, aber nicht erschöpfend,
PEG-PLGA, Poloxamere, Tween, Span, Pluronic. Geeignete Phospholipide sind beispielsweise
Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC), Lecithin, Distearoylphosphatidylcholin (DSPC)
oder Dimyristoylphosphatidylcholin (DMPC). Geeignete Polymere sind beispielsweise
die natürlichen Polymere, die synthetischen Polymere oder die halbsynthetischen Polymere.
[0012] Zu den natürlichen Polymeren gehören beispielsweise Proteine (z.B. Albumin), Cellulosen
und deren Ester und Ether, Amylose, Amylopektin, Chitin, Chitosan, Collagen, Gelatine,
Glykogen, Polyaminosäuren (z.B. Polylysin), Stärke, Dextrane oder Heparine.
[0013] Zu den synthetischen Polymeren gehören beispielsweise Polyethylenglykol (PEG), Polyethylenimin
(PEI), Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylacetat, Polyvinylbutyrat, Polyvinylpyrrolidon
(PVP), Polyacrylat, Poloxamere und Diblock- oder Triblockcopolymere aus PEG und Polyester
(PLGA, PCL, PLA) (z.B. PEG-PLGA). Halbsynthetische Polymere sind zum Beispiel modifizierte
Stärken (z.B. HES).
[0014] In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen beschichteten
biokompatiblen Nano- und Mikropartikel Polyvinylalkohol, nachfolgend kurz als PVA
bezeichnet, als Stabilisator. PVA ist ein kristalliner, wasserlöslicher Kunststoff.
[0015] Der Stabilisator ist besonders geeignet, um die damit beschichteten Partikel vorteilhaft
mit piezoelektrischen, Düsen-, Ultraschall-Aerosolgeneratoren, Soft-Mist-Inhalern,
oder Metered Dose Inhalern zu vernebeln, d.h. die Applikation in die Lunge erfolgt
durch Inhalation eines Aerosols mit Hilfe eines Verneblers.
[0016] Die Stabilisatoren werden verwendet zur Herstellung von beschichteten biokompatiblen
Nano- und Mikropartikeln, beispielsweise mit der Emulsionsmethode mit anschließender
Lösungsmittelverdampfung (Evaporation). Die gebildeten dünnen protektiven Stabilisator-Schichten,
die aus Tensiden, Phospholipiden oder Polymeren wie beispielsweise Polyvinylalkohol
(PVA) bestehen, auf den erfindungsgemäßen beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikeln
verbessern die Stabilität der Partikel bei der Vernebelung. Die Suspension der erfindungsgemäßen
beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel wird in ein Aerosol verwandelt,
das für die Deposition in den respiratorischen Teil der Lunge geeignet ist. Die Charakteristika
der erfindungsgemäßen beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel werden
nicht durch die Vernebelung beeinflusst. Die verlängerte Wirkstoff-Freigabe, die mit
diesem neuen pulmonalen Wirkstoff-Transportsystem für pulmonale Wirkstoffe erreicht
wird, führt dank des Stabilisators zu einer Verminderung der Wirkstoffgabe-Frequenz
gegenüber herkömmlich verwendeten pharmazeutischen Mitteln, was die Lebensqualität
und Therapietreue der Patienten verbessert.
[0017] Beispielhaft werden die Stabilisatoren zur Stabilisierung von biokompatiblen Nano-und
Mikropartikeln verwendet. Vorzugsweise bestehen diese aus einem wasserunlöslichen
biokompatiblen Polymer oder wasserunlöslichen Lipid sowie aus einem Stabilisator und
einem Wirkstoff, der für die pulmonale Applikation geeignet ist. Die erfindungsgemäßen
beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel sind bevorzugt bioabbaubar.
[0018] Das biokompatible Polymer ist beispielsweise ein Polyester, Polyanhydrid, Polyorthoester,
Polyphosphorester, Polycarbonat, Polyketal, Polyharnstoff, Polyurethan, Blockcopolymer
(PEG-PLGA), Sternpolymer oder Kammpolymer.
[0019] Der Polyester ist bevorzugt ein lineares Poly(laktid-co-glykolid)-Copolymer (PLGA-Copolymer).
[0020] Es gibt geeignete PLGA-Copolymere für die Herstellung von beschichteten biokompatiblen
Nano- und Mikropartikeln, die für die kontrollierte Wirkstoff-Freisetzung ("controlled
release") verwendet werden. Diese umfassen beispielsweise, aber nicht erschöpfend,
Copolymere aus der Resomer
®-Familie. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten die biokompatiblen
Nano- und Mikropartikel eine der folgenden Resomer
®-Substanzen Resomer
® Condensate RG 50:50 M
n 2300, Resomer
® R202S, Resomer
® R202H, Resomer
® R203S, Resomer
® R203H, Resomer
® R207S, Resomer
® RG502H, Resomer
® RG503H, Resomer
® RG504H, Resomer
® RG502, Resomer
® RG503, Resomer
® RG504, Resomer
® RG653H, Resomer
® RG752H, Resomer
® RG752S, Resomer
® RG753S, Resomer
® RG755S, Resomer
® RG756S oder Resomer
® RG858S. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen
beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel das PLGA-Copolymer Resomer
® RG502H.
[0021] Das wasserunlösliche Lipid ist beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe der Acylglyceride
(Mono-, Di- oder Triglycerid). Zu den Acylglyceriden gehört beispielsweise Glycerolmonopalmitat.
[0022] Als Wirkstoffe werden mit Vorteil solche eingesetzt, die ausgewählt sind aus der
Gruppe der Appetitzügler/Antiadiposita, Azidosetherapeutika, Analeptika/Antihypoxämika,
Analagetika, Antirheumatika, Anthelminthika, Antiallergika, Antianämika, Antiarrhythmika,
Antibiotika, Antiinfektiva, Antidementiva, Antidiabetika, Antidota, Antiemetika, Antivertiginosa,
Antiepileptika, Antihämorrhagika, Hämostatika, Antihypertonika, Antihypoglykämika,
Antihypotonika, Antikoagulantia, Antiomykotika, Antiparasitika, Antiphlogistika, Antitussiva,
Expektorantia, Arteriosklerosemittel, ß-Blocker, Kalzium-Kanal-Blocker, Hemmstoffe
des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems, Broncholytika, Antiasthmatika, Cholagoga,
Gallenwegstherapeutika, Cholinergika, Kortikoide, Diagnostika und Mittel zur Diagnosevorbereitung,
Diuretika, Durchblutungsfördernde Mittel, Entwöhnungsmittel, Enzyminhibitoren, Enzymaktivatoren
oder -stimulatoren, Präparate bei Enzymmangel, Rezeptorantagonisten, Transportproteine,
Fibrinolytika, Geriatrika, Gichtmittel, Grippemittel, Mittel gegen Erkältungskrankheiten,
Gynäkologika, Hepatika, Hypnotika, Sedativa, Hypophysen- oder Hypothalamushormone,
regulatorische, Peptide, Hormone, Peptid-Hemmstoffe, Immunmodulatoren, Kardiaka, Koronarmittel,
Laxantia, Lipidsenker, Lokalanästhetika, Neuraltherapeutika, Magen-Darm-Mittel, Migränemittel,
Mineralstoffpräparate, Muskelrelaxanzien, Narkosemittel, Neurotrope Mittel, Osteoporosemittel,
Kalzium-/ Knochenstoffwechsel-Regulatoren, Parkinsonmittel, Psychopharmaka, Sinusitismittel,
Roborantia, Schilddrüsentherapeutika, Sera, Immunglobuline, Impfstoffe, Antikörper,
Sexualhormone und ihre Hemmstoffe, Spasmolytika, Anticholinergika, Thrombozytenaggregationshemmer,
Tuberkulosemittel, Urologika, Venentherapeutika, Vitamine, Zytostatika, Antineoplatische
Mittel, Homöopathika, Gefäßaktive Substanzen, Gentherapeutika (DNA/RNA-Derivate),
Transkriptions-Inhibitoren, Virostatika, Nikotin, Mittel gegen erektile Dysfunktion,
Stickstoffmonoxid und/oder Stickstoffmonoxid-liberierende Substanzen.
[0023] Auch solche Partikel, die beispielweise in diagnostischen bildgebenden Verfahren,
aber auch in der Therapie, z.B. in der Chemo- und Strahlentherapie und der Hyperthermie,
zum Einsatz kommen, sind Wirkstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung.
[0024] Bei den Diagnostika handelt es sich sowohl um
in vitro- als auch um
in vivo-Diagnostika. Ein erfindungsgemäß einzusetzendes Diagnostikum ist beispielsweise bildgebend
und/oder radioaktiv und/oder ein Kontrastmittel.
[0025] Insbesondere ist die Verwendung der erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen
Nano- und Mikropartikel zur Herstellung eines pharmazeutischen Mittels zur Prävention,
Diagnose und/oder Behandlung von Erkrankungen des Alveolarraumes sowie zur Behandlung
von Erkrankungen der Atemwege und die Verwendung der beschichteten biokompatiblen
Nano- und Mikropartikel zur Herstellung eines pharmazeutischen Mittels zur Prävention,
Diagnose und/oder Behandlung der pulmonalen Hypertonie durch größere Stabilität von
besonderem Vorteil.
[0026] So können die erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
zur Herstellung von Mitteln zur Behandlung oder Diagnose folgender Erkrankungen eingesetzt
werden: Entzündliche (infektiöse, nicht-infektiöse) und hyperproliferative (neoplastische,
nicht-neoplastische) Erkrankungen der Lunge und der Atemwege, wie Bronchitis, COPD,
Asthma, Pneumonie, Tuberkulose, pulmonale Hypertonie, Lungentumoren, fibrosierende
Lungenerkrankungen. Weiterhin Lungenmetastasen, Mukoviszidose, Sarkoidose, Aspergillose,
Bronchiekatsien, ALI, IRDS, ARDS, Alveolarproteinose, Immunsuppression und Infektionsprophylaxe
nach Lungentransplantation.
[0027] Auch der Einsatz bei Sepsis, Fettstoffwechselstörungen, Tumorerkrankungen, Leukämien,
angeborenen Stoffwechselstörungen (z. B. Wachstumsstörungen, Speicherstörungen, Störungen
des Eisenhaushalts), endokrinologischen Erkrankungen, beispielsweise der Hypophyse
oder der Schilddrüse (Glandula thyreoidea), Diabetes, Adipositas, psychischen Erkrankungen
(z.B. Schizophrenie, Depression, bipolar-affektive Störungen, posttraumatisches Stressyndrom,
Angst-und Panikstörungen), ZNS-Erkrankungen (beispielsweise M. Parkinson, Multiple
Skerose, Epilepsie), Infektionskrankheiten, rheumatischen Erkrankungen, allergischen
und Autoimmunerkrankungen, erektilen Dysfunktionen, Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems
(beispielsweise Arterielle Hypertonie, Koronare Herzerkrankung, Herzrhythmusstörungen,
Herzinsuffizienz, Thrombosen und Embolien), Niereninsuffizienz, Anämien, Antikörpermangelsyndromen,
angeborenen oder erworbenen Gerinnungsstörungen, Thrombozytenfunktionsstörungen oder
Vitaminmangelsyndromen ist denkbar.
[0028] Charakterisierung der erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
[0029] Die erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel haben einen
mittleren geometrischen Durchmesser zwischen 10 nm bis 10 µm, so dass sie gut vernebelbar
sind, und eine Stabilisator-Schichtdicke zwischen 1 bis 200 nm. Die Stabilisator-Schichtdicke
ist dabei jedoch nicht größer als der mittlere geometrische Radius der unbeschichteten
biokompatiblen Nano- und Mikropartikel. In einer bevorzugten Ausführungsform haben
die beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel einen mittleren geometrischen
Durchmesser von 500 nm bis 5 µm, um eine länger dauernde Wirkstoff-Freisetzung zu
ermöglichen, oder zwischen 50 nm bis 250 nm, um eine Aufnahme der Partikel in Makrophagen
zu verhindern.
[0030] Die beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel enthalten zwischen 0 bis
50 % (w/w) und in einer bevorzugten Ausführungsform zwischen 1 bis 20 % (w/w) eines
Wirkstoffs, der für die pulmonale Applikation geeignet ist.
[0031] Die erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel sind vorteilhaft
mit piezoelektrischen, Düsen-, Ultraschall-Aerosolgeneratoren, Soft-Mist-Inhalern,
oder Metered Dose Inhalern vernebelbar, d.h. die Applikation in die Lunge erfolgt
durch Inhalation eines Aerosols mit Hilfe eines Verneblers. Der Durchmesser der erfindungsgemäßen
beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel ist für die Verneblung mit den
genannten Verneblern besonders vorteilhaft, um in die tiefe Lunge gelangen zu können.
Eine weitere Möglichkeit der Applikation in die Lunge besteht in der Instillation,
beispielsweise über einen Katheter, ein Bronchoskop oder einen Beatmungszugang (z.B.
Tubus oder Trachealkanüle). Darüber hinaus können sie zur Herstellung eines pharmazeutischen
Mittels zur Prävention, Diagnose und/oder Behandlung von Erkrankungen verwendet werden.
Beschichtung von biokompatiblen Nano- und Mikropartikeln
[0032] Die biokompatiblen Nano- und Mikropartikel werden beispielsweise mit Hilfe der Emulsionsmethode
und anschließender Lösungsmittelverdampfung (Evaporationsmethode) hergestellt.
[0033] Beispielhaft bestehen die zu beschichtenden Nano- und Mikropartikel aus einem wasserunlöslichen
biokompatiblen Polymer oder wasserunlöslichen Lipid und einem Wirkstoff für die pulmonale
Applikation. Das Polymer ist beispielsweise ein Polyester, Polyanhydrid, Polyorthoester,
Polyphosphorester, Polycarbonat, Polyketal, Polyharnstoff, Polyurethan, Blockcopolymer
(PEG-PLGA), Sternpolymer oder Kammpolymer.
[0034] Das wasserunlösliche Lipid ist beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe der Acylglyceride
(Mono-, Di- oder Triglycerid). Der Wirkstoff der biokompatiblen Nano-und Mikropartikel
ist ausgewählt aus der Gruppe Appetitzügler/Antiadiposita, Azidosetherapeutika, Analeptika/Antihypoxämika,
Analagetika, Antirheumatika, Anthelminthika, Antiallergika, Antianämika, Antiarrhythmika,
Antibiotika, Antiinfektiva, Antidementiva, Antidiabetika, Antidota, Antiemetika, Antivertiginosa,
Antiepileptika, Antihämorrhagika, Hämostatika, Antihypertonika, Antihypoglykämika,
Antihypotonika, Antikoagulantia, Antiomykotika, Antiparasitika, Antiphlogistika, Antitussiva,
Expektorantia, Arteriosklerosemittel, β-Blocker, Kalzium-Kanal-Blocker, Hemmstoffe
des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems, Broncholytika, Antiasthmatika, Cholagoga,
Gallenwegstherapeutika, Cholinergika, Kortikoide, Diagnostika und Mittel zur Diagnosevorbereitung,
Diuretika, Durchblutungsfördernde Mittel, Entwöhnungsmittel, Enzyminhibitoren, Enzymaktivatoren
oder -stimulatoren, Präparate bei Enzymmangel, Rezeptorantagonisten, Transportproteine,
Fibrinolytika, Geriatrika, Gichtmittel, Grippemittel, Mittel gegen Erkältungskrankheiten,
Gynäkologika, Hepatika, Hypnotika, Sedativa, Hypophysen- oder Hypothalamushormone,
regulatorische Peptide, Hormone, Peptid-Hemmstoffe, Immunmodulatoren, Kardiaka, Koronarmittel,
Laxantia, Lipidsenker, Lokalanästhetika, Neuraltherapeutika, Magen-Darm-Mittel, Migränemittel,
Mineralstoffpräparate, Muskelrelaxanzien, Narkosemittel, Neurotrope Mittel, Osteoporosemittel,
Kalzium-/ Knochenstoffwechsel-Regulatoren, Parkinsonmittel, Psychopharmaka, Sinusitismittel,
Roborantia, Schilddrüsentherapeutika, Sera, Immunglobuline, Impfstoffe, Antikörper,
Sexualhormone und ihre Hemmstoffe, Spasmolytika, Anticholinergika, Thrombozytenaggregationshemmer,
Tuberkulosemittel, Urologika, Venentherapeutika, Vitamine, Zytostatika, Antineoplatische
Mittel, Homöopathika, Gefäßaktive Substanzen, Gentherapeutika (DNA/RNA-Derivate),
Transkriptions-Inhibitoren, Virostatika, Nikotin, Mittel gegen erektile Dysfunktion,
Stickstoffmonoxid und/oder Stickstoffmonoxid-liberierende Substanzen.
[0035] Auch solche Partikel, die beispielweise in diagnostischen bildgebenden Verfahren,
aber auch in der Therapie, z.B. in der Chemo- und Strahlentherapie und der Hyperthermie,
zum Einsatz kommen, sind Wirkstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung.
[0036] Alternativ werden beschichtete biokompatible Nano- und Mikropartikel auch mittels
Nanopräzipitation, Aussalzen, Polymerisation hergestellt. Diese genannten Herstellungsmethoden
sind dem Fachmann bekannt.
[0037] Die Beschichtung der biokompatiblen Nano- und Mikropartikel mit einem Stabilisator
erfolgt alternativ durch nachträgliches, nicht-kovalentes Beschichten mittels Mischen
der unbeschichteten Partikel mit dem Stabilisator oder durch Beschichtung der Partikel
aus der Gasphase mittels chemischer Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition)
bzw. durch Besprühen der Partikel oder durch kovalentes Ansynthetisieren des Stabilisators
an die unbeschichteten Partikel oder mittels Co-Electrospraying. Diese Methoden sind
dem Fachmann bekannt.
[0038] Werden die biokompatiblen Nano- und Mikropartikel durch nachträgliches, nicht-kovalentes
Beschichten mittels Mischen der unbeschichteten Partikel mit dem Stabilisator über
die Emulsionsmethode hergestellt, so wird zunächst das Polymer oder Lipid unter Zugabe
eines Wirkstoffs in einem Lösungsmittel gelöst. Anschließend wird die dabei entstehende
dispergierte organische Phase in eine konstante wässrige Phase, die einen Stabilisator
enthält, überführt. Nach Vermischen der beiden Phasen und Beschallung mit Ultraschall
wird anschließend die organische Phase, die das Lösungsmittel enthält, durch Verdampfung
entfernt und die erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
in Suspension erhalten. Geeignete Lösungsmittel, in welchen das erfindungsgemäß verwendete
Polymer oder Lipid zu mindestens 0,1 % (w/w) löslich ist, sind beispielsweise, aber
nicht erschöpfend, Dichlormethan, Chloroform, Ethylacetat, Benzylalkohol, Methylethylketon,
Propylencarbonat. In einer bevorzugten Ausführungsform wird Polyvinylalkohol (PVA)
als Stabilisator verwendet.
[0039] In einer bevorzugten Ausführungsform werden für die Herstellung der erfindungsgemäß
beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel biokompatibles Polymer zwischen
1 bis 100 g/l und Stabilisator zwischen 0,1 bis 25 g/l verwendet. In einer besonders
bevorzugten Ausführungsform beträgt für die Herstellung die biokompatible Polymer-Konzentration
50 g/l und die Stabilisator-Konzentration 10 g/l.
[0040] Verwendung der erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
[0041] Die erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel werden zur
Herstellung eines pharmazeutischen Mittels zur pulmonalen Applikation eingesetzt.
Biokompatibilität meint dabei die Verträglichkeit für das Gewebe und die Zellen am
Wirkort, z.B. der Lunge.
[0042] Die Stabilität der erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
beruht auf der Verhinderung der Aggregation der Partikel bei der Herstellung, der
Lagerung sowie vor und während der Vernebelung.
[0043] Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehenden
Merkmale und Vorteile einschließlich der Verfahrensschritte können sowohl für sich
als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Ausführungsbeispiele
[0044] Die folgenden Ausführungsbeispiele 1 und 2 beschreiben die Charakterisierung des
Stabilisators an beispielhaft beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikeln.
Die Verwendung des Stabilisators ist nicht auf diese Partikel beschränkt. In den Ausführungsbeispielen
wird beispielhaft Polyvinylalkohol (PVA) als Stabilisator verwendet und als Wirkstoff
Sildenafil eingesetzt. Die erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und
Mikropartikel werden im Folgenden in Kurzform auch als Partikel bezeichnet. Poly(D,L-laktid-
co-glykolid)-Copolymer (PLGA) wird nachfolgend auch kurz als Polymer bezeichnet.
1. Ausführungsbeispiel 1
Herstellung der erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
mittels Emulsion und anschließender Evaporation
[0045] Das Verfahren zur Beschichtung von biokompatiblen Nano- und Mikropartikeln mit einem
Stabilisator ist gekennzeichnet durch die Schritte
- a) Lösen des biokompatiblen Polymers oder Lipids und des Wirkstoffs in einem Lösungsmittel
unter Bildung einer organischen Phase,
- b) Emulgieren der organischen Phase in einer wässrigen Phase enthaltend einen Stabilisator,
- c) Vermischen der organischen Phase aus Schritt a) mit der wässrigen Phase aus Schritt
b),
- d) Entfernen des Lösungsmittels und Erhalten der Partikel in Suspension.
[0046] Die erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel werden beispielsweise
mit der Emulsionsmethode mit anschließender Lösungsmittelverdampfung, welche dem Fachmann
bekannt ist, bei Raumtemperatur synthetisiert. Zuerst wird dazu zwischen 1 bis 100
g/l Poly(D,L-laktid-co-glykolid)-Copolymer (PLGA), das kommerziell erhältlich ist
und beispielsweise als Resomer
® RG502H von Boehringer Ingelheim (Ingelheim, Deutschland) bezogen werden kann, mit
oder ohne Zugabe eines Wirkstoffs zwischen 1% bis 20%, wie beispielsweise der Phosphodiesterase-5-Inhibitor
Sildenafil, welcher als freie Base kommerziell zum Beispiel von AK Scientific (Mountain
View, Kalifornien, USA) erhältlich ist, in einem nicht mit Wasser mischbaren Lösungsmittel,
wie zum Beispiel Methylenchlorid, gelöst. Dann werden 2 ml der organischen Phase (dispergierte
Phase) in 10 ml einer wässrigen Phase (konstante Phase) enthaltend zwischen 0,1 bis
15 g/l eines Oberflächen-Stabilisators, der beispielsweise Polyvinylalkohol (PVA)
ist, überführt. PVA ist kommerziell beispielsweise als Mowiol 4-88
® von Sigma-Aldrich (Steinheim, Deutschland) erhältlich. Nach Vermischen der beiden
Phasen wird die Emulsion mit Ultraschall behandelt. Die organische Phase wird anschließend
langsam mit einem Rotationsevaporator durch Lösungsmittelverdampfung entfernt. Die
Partikel werden direkt nach der Herstellung verwendet.
2. Ausführungsbeispiel 2
Charakterisierung der erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
[0047] Die gemäß Ausführungsbeispiel 1 hergestellten beschichteten biokompatiblen Nano-und
Mikropartikel werden mit Hilfe der nachfolgend unter Ausführungsbeispiel 2, Punkte
2.1 bis 2.5, beschriebenen Methoden und Ergebnisse charakterisiert. Dazu werden diese
entweder direkt nach der Herstellung oder nach Vernebelung mit einem Vernebler, beispielsweise
dem Aeroneb
® Professional von Aerogen (Dangan, Galway, Irland), nach Herstellerangaben verwendet.
2.1 Durchmesser, Größenverteilung und Oberflächenladung der erfindungsgemäß beschichteten
biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
[0048] Frisch hergestellte beschichtete biokompatible Nano- und Mikropartikel, die mit Hilfe
der Emulsionsmethode mit anschließender Lösungsmittelverdampfung wie unter Ausführungsbeispiel
1 beschrieben hergestellt werden, werden in verschiedenen Kombinationen der Polymer-Konzentration
(zwischen 5 bis 100 g/l) und der PVA-Konzentration (zwischen 1 bis 50 g/l) auf ihre
Eigenschaften Durchmesser, Größenverteilung und Oberflächenladung untersucht. Der
hydrodynamische Durchmesser und die Größenverteilung (Polydispersität, PDI) der beschichteten
biokompatiblen Nano- und Mikropartikel werden durch dynamische Lichtstreuung (DLS)
gemessen. Das Zeta-Potenzial als Maß für die Oberflächenladung wird durch Laser-Doppler-Anemometrie
(LDA), beispielsweise mit einem Zetasizer NanoZS/ZEN3600 (Malvern Instruments, Herrenberg,
Deutschland), bestimmt. Alle Messungen werden bei einer Temperatur von 25°C mit Aliquots
durchgeführt, die mit filtriertem und doppelt-destilliertem Wasser für die DLS bzw.
1,56 mM NaCl für die LDA verdünnt werden. Alle Messungen werden mindestens in Dreifachbestimmung
mit mindestens 10 Durchläufen direkt nach der Präparation der beschichteten biokompatiblen
Nano- und Mikropartikel durchgeführt. Dabei gibt n im Folgenden die Anzahl der Bestimmungen
an.
[0049] Eine enge Partikelgrößenverteilung, d.h. Polydispersitätsindices (PDI), mit einem
Wert kleiner 0,1 werden bei einer PVA-Konzentration größer 5g/l bei gleichbleibender
PLGA-Konzentration von 50 g/l oder bei einer PLGA-Konzentration zwischen 10 bis 50
g/l bei gleichbleibender PVA-Konzentration von 10 g/l gefunden. Die Größenverteilung,
die mit Hilfe von DLS bestimmt wird, frisch hergestellter beschichteter biokompatibler
Nano- und Mikropartikel ist in Fig. 1 dargestellt. Die mittlere Größe der beschichteten
biokompatiblen Nano- und Mikropartikel beträgt zwischen 100 und 400 nm (schwarze Linie
in Abb. 1). Beschichtete biokompatible Nano- und Mikropartikel, die mit einer PLGA-Konzentration
von 50g/l und einer PVA-Konzentration von 10 g/l hergestellt werden, weisen eine mittlere
Partikelgröße von 195,1 ± 9,6 nm (Mittelwert ± Standardabweichung, n=4), eine enge
Größenverteilung, d.h. einen engen Polydispersitätsindex (PDI), von 0,078 ± 0,002
(Mittelwert ± Standardabweichung, n=4) sowie eine negative Oberflächenladung, d.h.
ein negatives Zeta-Potenzial, von -5,7 ± 0,8 mV (Mittelwert ± Standardabweichung,
n=4) auf.
[0050] Um den Durchmesser, die Größenverteilung und die Oberflächenladung als Maß für die
Stabilität der beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel nach der Vernebelung
zu untersuchen, werden die erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und
Mikropartikel mit einem theoretischen Gehalt von 5% (w/w) des Wirkstoffs Sildenafil
(freie Base) gemäß Ausführungsbeispiel 1 hergestellt und vor und nach Vernebelung
mit dem Vernebler Aeroneb
® Professional charakterisiert. Dazu werden die vernebelten Suspensionen der beschichteten
biokompatiblen Nano- und Mikropartikel gesammelt und qualitativ wie bei Dailey et
al. beschrieben (
Dailey LA, Kleemann E, Wittmar M et al.: Surfactant-free, biodegradable nanoparticles
for aerosol therapy based on the branched polyesters, DEAPA-PVAL-g-PLGA. Pharm. Res.
20(12), 2011-2020 (2003);
Dailey LA, Schmehl T, Gessler T et al.: Nebulization of biodegradable nanoparticles:
impact of nebulizer technology and nanoparticle characteristics on aerosol features.
J. Controlled Release. 86(1), 131-144 (2003)) untersucht. Die Suspensionen der beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
werden bei einer Luftflußrate von 5 l/min vernebelt und durch Anbringen eines Glasobjektträgers
direkt vor dem T-förmigen Mundstück des Verneblers, was das Absetzen von Aerosoltröpfchen
auf dem Objektträger ermöglicht, gesammelt. Die daraus resultierende Kondensationsflüssigkeit
wird zur weiteren Analyse gesammelt. Die Stabilität der vernebelten beschichteten
biokompatiblen Nano- und Mikropartikel wird mit Hilfe von DLS wie oben beschrieben
untersucht.
[0051] Die erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel weisen eine
durchschnittliche Größe von 197,1 ± 1,7 nm, eine enge Größenverteilung mit einem PDI
von 0,074 ± 0,005 sowie eine negative Oberflächenladung mit einem Zeta-Potenzial von
-5,1 ± 0,3 mM auf. Die Parameter Partikelgröße, PDI und Sildenafil-Gehalt (siehe 2.3)
werden in Fig. 2 als Quotient aus den Werten vor und nach Vernebelung dargestellt,
Die Figur zeigt, dass die Vernebelung keinen signifikanten Einfluss auf die genannten
Parameter hat.
2.2 Schichtdicke des Stabilisators der erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen
Nano- und Mikropartikel
[0052] Die Dicke der adsorbierten PVA-Schichten, die als Oberflächenstabilisator der erfindungsgemäß
beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel fungieren, wird mit Hilfe der
DLS- und der Zeta-Potenzial- Messungen wie unter Punkt 2.1 beschrieben als Funktion
der Elektrolyt-Konzentration bestimmt. Geeignete Bestimmungsmethoden sind dem Fachmann
bekannt. In Bezug auf die DLS-Messungen ist die adsorbierte PVA-Schichtdicke (δ) abgeleitet
vom Vergleich der Partikelgrößen von blanken (d
0) und beschichteten (d
ads) biokompatiblen Nano- und Mikropartikeln gemäß der folgenden Formel (1)

[0053] Die Schichtdicke aus den Zeta-Potenzial Messungen wird mit Hilfe der dem Fachmann
bekannten Gouy-Chapman-Näherung kalkuliert, die die Abnahme des elektrostatischen
Potenzials als eine Funktion der Distanz von der Oberfläche in der folgenden Formel
(2) beschreibt.

[0054] Dabei ist ψ
x das Potenzial bei einer Distanz x von der Oberfläche,
ψo ist das Oberflächenpotenzial und K
-1 ist die Debye-Länge. Eine Erhöhung der Elektrolyt-Konzentration (NaCl) erniedrigt
die Debye-Länge. Zeta-Potenziale werden definiert als elektrostatische Potenziale
an der Abscherebene, von denen angenommen wird, dass sie nur außerhalb der fixierten
wässrigen Schicht eines biokompatiblen Nano-und Mikropartikels auftreten. Aus Gleichung
(2) folgt Gleichung (3)

[0055] Wenn Zeta-Potenziale (ψ
x) in verschiedenen Konzentrationen von NaCl (0, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2 und 5 mM) gemessen
werden und gegen κ entsprechend 3.33 ·
c1/2 aufgetragen werden, wobei c die Molalität von Elektrolyten ist, gleicht der Konzentrations-Anstieg
die Dicke der adsorbierten Polymerschichten aus.
[0056] Fig. 3 stellt die adsorbierte PVA-Schichtdicke auf den beschichteten biokompatiblen
Nano- und Mikropartikeln für frisch hergestellte (weiße Quadrate) als auch vernebelte
Partikel (schwarze Quadrate) dar. In Fig. 3A ist diese in Abhängigkeit von der eingesetzten
PVA-Konzentration gezeigt. Die Schichtdicke beträgt sowohl für frisch hergestellte
als auch vernebelte Partikel zwischen 10 und 20 nm. Dieses Ergebnis wird auch durch
transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen bestätigt. Dazu wird ein Kupfer-Grid
(zum Beispiel S160-3, Plano, Wetzlar, Deutschland) mit einer dünnen Schicht einer
verdünnten Suspension der beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel beschichtet.
Die beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel werden dann auf dem Grid
getrocknet und unter einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM, beispielsweise JEM-3020
TEM, JEOL, Eching, Deutschland) bei einer Beschleunigung von 300 kV untersucht. Fig.
3D zeigt eine repräsentative TEM-Aufnahme eines erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen
Nano- und Mikropartikels, bei der die PVA-Schicht (eingesetzte Konzentration bei der
Herstellung gemäß Ausführungsbeispiel 1 gleich 10 g/l) deutlich zu erkennen ist. Das
Zeta-Potenzial, also die Oberflächenladung, der Partikel ist bei allen getesteten
NaCl-Konzentrationen negativ (Fig. 3B). Die gerade Linie in Fig. 3C zeigt den linearen
Verlauf der experimentellen Daten.
2.3 Stabilität und Integrität der erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano-
und Mikropartikel bei Vernebelung
[0057] Um die Stabilität der erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
zu untersuchen, werden Aliquots von Suspensionen mit den Partikeln bei einer Luftflußrate
von 5 l/min mit dem Aeroneb
® Professional Vernebler gemäß Angaben des Herstellers vernebelt und die Aerosoltröpfchen
als Kondensationsflüssigkeit auf einem Glasobjektträger aufgefangen. Die Kondensationsflüssigkeit
wird anschließend mittels dynamischer Lichtstreuung (DLS) wie unter Punkt 2.1 beschrieben
und Elektronenmikroskopie analysiert.
[0058] Fig. 4A und B zeigen, dass Partikelgröße und die Polydispersitätsindices durch die
Vernebelung nicht beeinflusst werden. Auch die Integrität der Partikel bleibt bei
der Vernebelung erhalten (Fig. 4C).
2.4 Gehalt des Wirkstoffs in den erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano-
und Mikropartikeln
[0059] Um den Gehalt an dem Wirkstoff Sildenafil der gemäß Ausführungsbeispiel 1 hergestellten
beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel zu bestimmen, wird beispielsweise
1 ml der Suspension der beschichteten biokompatiblen Nano-und Mikropartikel bei 16873
x g für 30 min bei 25°C zentrifugiert. Anschließend wird der Überstand vorsichtig
abgenommen und darin die Menge von nicht eingeschlossenem Wirkstoff bestimmt. Die
Pellets aus der Zentrifugation werden gefriergetrocknet, gewogen und anschließend
beispielsweise in Chloroform, das als Lösungsmittel für PLGA und Sildenafil geeignet
ist, gelöst. Die nicht gelöste Fraktion (Stabilisator) wird durch Zentrifugation abgetrennt.
Anschließend wird aus der organischen Phase ein Aliquot entnommen, um die Menge an
eingeschlossenem Sildenafil zu bestimmen. Die Konzentration von Sildenafil wird durch
UV/Vis-Spektroskopie mit einem Spektrophotometer (beispielsweise Ultrospec
® 3000, Pharmacia Biotech, Freiburg, Deutschland) bestimmt. Die Absorption aller Aliquots
wird bei einer Wellenlänge von 291 nm gemessen. Der Gehalt an Wirkstoff (WST) in den
beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikeln (PLGA-BNP) wird anhand einer
Kalibrierungskurve kalkuliert und ist in der folgenden Formel (4) definiert.

[0060] Der Sildenafil-Gehalt ist zusammen mit den Parametern Partikelgröße und PDI (siehe
2.1) in Fig. 2 als Quotient aus den Werten vor und nach Vernebelung dargestellt, Die
Figur zeigt, dass die Vernebelung keinen signifikanten Einfluss auf den Sildenafil-Gehalt
hat.
2.5 Freisetzung des Wirkstoffs aus den erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen
Nano- und Mikropartikeln
[0061] Untersuchungen zur Freisetzung des Wirkstoffs Sildenafil
in vitro werden in phosphatgepufferter Salzlösung bei einem pH-Wert von beispielsweise 7,4
500 Minuten lang bei 37°C durchgeführt. Die Studien werden mit beschichteten biokompatiblen
Nano- und Mikropartikeln durchgeführt, die einen theoretischen Wirkstoff-Gehalt von
5% (w/w) aufweisen. Aliquots der Suspensionen der beschichteten biokompatiblen Nano-
und Mikropartikel werden in Glasröhrchen überführt und mit Medium, bestehend aus phosphatgepufferter
Salzlösung (PBS) pH 7,4 + 0,1% Natriumdodecylsulfat (SDS), verdünnt. Die nachfolgende
Inkubation erfolgt bei 37°C unter Schütteln der Aliquots. Parallel zu dem Versuchsansatz
wird Wirkstoff Sildenafil allein in Medium unter den gleichen Bedingungen inkubiert.
Eine Teilmenge wird zu vorgegebenen Zeitpunkten entnommen und zentrifugiert.
[0062] Die Freisetzung des Wirkstoffs Sildenafil aus den erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen
Nano- und Mikropartikeln
in vitro erfolgt über einen Zeitraum bis 300 Minuten (Fig. 5). Die Freisetzung aus Partikeln
mit dem Polymer RG502H erfolgt über bis zu 90 Minuten. In diesem Zeitraum werden >95%
Sildenafil kontinuierlich aus den Partikeln freigesetzt. Die Vernebelung mit dem Aeroneb
® Professional hat dabei keinen Einfluss auf die Freisetzungsrate von Sildenafil.
Abbildungslegenden
[0063]
Fig. 1
Größenverteilung der erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel,
die durch dynamische Lichtstreuung (DLS) bestimmt wird. Die schwarze Linie repräsentiert
die Dichte der Partikelgrößen, die gestrichelte Linie stellt die kumulative Verteilung
der Partikelgrößen dar.
Fig. 2
Stabilität der erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel
bei Vernebelung mit dem Vernebler Aeroneb® Professional. Die Stabilität ist gezeigt
als Verhältnis der finalen zu den initialen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Partikel
(Eigenschaftf/Eigenschafti) (A) (PDI = Polydispersitätsindex). Teilmengen der Suspensionen von beschichteten
biokompatiblen Nano- und Mikropartikeln werden während der Vernebelung für die Analyse
der Stabilität bei Vernebelung gesammelt. Die Werte sind als Durchschnittswerte ±
Standardabweichung angegeben (n = 4).
Fig. 3
Adsorbierte Polyvinylalkohol (PVA) Schichtdicken auf den erfindungsgemäß beschichteten
biokompatiblen Nano- und Mikropartikeln als Funktion der PVA-Konzentration (CPVA) (A) und Zeta-Potenzial der beschichteten biokompatiblen Nano-und Mikropartikel,
die in PVA-Lösung hergestellt wurden, als Funktion der Elektrolyt-Konzentration (B).
Der Anstieg (κ) von In|Zeta-Potenzial| gegen 3.33*c1/2 (Konzentration) ergibt die Dicke der adsorbierten Polymerschichten (C). Weiße und
schwarze Quadrate in (B) und (C) repräsentieren die Charakteristika der frisch präparierten
(B) bzw. vernebelten (C) biokompatiblen Nano- und Mikropartikel. Die gerade Linie
in (C) repräsentiert den linearen Verlauf der experimentellen Daten (R2 >0,99). Die adsorbierte PVA-Schicht ist in der repräsentativen transmissionselektronenmikroskopischen
Aufnahme (D) sichtbar (Maßstab = 20 nm). Die Werte sind als Durchschnittswerte ± Standardabweichung
angegeben (n = 4).
Fig. 4
Stabilität und Integrität von erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano-und
Mikropartikeln. Beispielhaft ist die Stabilität von PLGA-Nanopartikeln gezeigt, welche
aus einer Lösung mit verschiedenen Konzentrationen des Stabilisators PVA (CPVA) mit dem Aeroneb® Professional Vernebler nach Angaben des Herstellers vernebelt wurden. Die Stabilität
ist angegeben als (A) Quotient der finalen (nach Vernebelung) zur initialen (vor Vernebelung)
Partikelgröße (sf/si) (Fig. 4A) und als (B) Quotient der Polydispersitätsindices (PDI) nach (PDIf) und vor (PDIi) Vernebelung (PDIf/PDIi) für verschiedene Nanopartikel-Konzentrationen (weiße Balken: 2 mg/ml; graue Balken:
5 mg/ml; schwarze Balken: 10 mg/ml) (Fig. 4B). Fig 4C zeigt eine repräsentative elektronenmikroskopische
Aufnahme von Nanopartikeln nach Vernebelung (Maßstab = 1 µm). Die Werte sind als Durchschnittswerte
± Standardabweichung angegeben (n = 4).
Fig. 5
Profile der Freisetzung in vitro von Sildenafil aus den erfindungsgemäß beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikeln
(Kreise). Weiße Kreise repräsentieren die Freisetzungseigenschaften frisch hergestellter
beschichteter biokompatibler Nano- und Mikropartikel, während schwarze Kreise die
Freisetzungseigenschaften vernebelter Partikel darstellen. Teilmengen von Suspensionen
der beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikel werden während der Vernebelung
für die Analyse des Einflusses der Verneblung auf das Freisetzungsprofil von Sildenafil
aus den beschichteten biokompatiblen Nano- und Mikropartikeln gesammelt. Als Vergleich
ist das Lösungsprofil der Pulversubstanz von Sildenafil (schwarze Quadrate) mit angegeben.
Die Werte sind als Durchschnittswerte ± Standardabweichung angegeben (n = 4).